实验二 金属的塑性变形与再结晶.doc

PAGE PAGE 1 实验二 金属的塑性变形与再结晶 一、实验目的 了解工业纯铁经冷塑性变形后，变形量对硬度和显微组织的影响 研究变形量对工业纯铝再结晶退火后晶粒大小的影响 二、实验原理 金属在外力作用下，当应力超过其弹性极限时将发生不可恢复的永久变形称为塑性变形。金属发生塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生明显的变化。 经塑性变形后，随着变形量的增加，金属内部晶粒沿变形方向被拉长为偏平晶粒。变形量越大，晶粒伸长的程度越明显。变形量很大时，各晶粒将呈现出“纤维状”组织。同时内部组织结构的变化也将导致机械性能的变化。即随着变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化或应变硬化。在本实验中，首先以工业纯铁为研究对象，了解不同变形量对硬度和显微组织的影响。 冷变形后的金属是不稳定的，在重新加热时会发生回复、再结晶和晶粒长大等过程。其中再结晶阶段金属内部的晶粒将会由冷变形后的纤维状组织转变为新的无畸变的等轴晶粒，这是一个晶粒形核与长大的过程。此过程完成后金属的加工硬化现象消失。金属的力学性能将取决于再结晶后的晶粒大小。对于给定材料，再结晶退火后的晶粒大小主要取决于塑性变形时的变形量及退火温度等因素。变形量越大，再结晶后的晶粒越细；金属能进行再结晶的最小变形量通常在2~8%之间，此时再结晶后的晶粒特别粗大，称此变形度为临界变形度。大于此临界变形度后，随变形量的增加，再结晶后的晶粒逐渐细化。在本实验中将研究工业纯铝经不同变形量拉伸后在550℃ 温度再 三、实验设备和材料 1、实验设备 箱式电阻炉、万能拉伸机、卡尺、低倍4X型金相显微镜、洛氏硬度计等 2、实验材料 (1)变形度为0%、30%、50%、70%的工业纯铁试样两套，其中一套用于塑性变形后的硬度测定，一套为已制备好的不同变形量下的金相标准试样，用于观察组织 （2）工业纯铝试样，尺寸为160mm×20mm× （3）腐蚀液：40mlHNO3+30mlHCl+30mlH2O+5g纯Cu），硝酸溶液 四、实验内容及步骤 1、测定工业纯铁的硬度（HRB）与变形度的关系，观察不同塑性变形量后工业纯铁的金相显微组织 （1）将工业纯铁的试样在万能拉伸实验机上分别进行0%、30%、50%、70%的压缩变形。 （2）分别测量变形试样和原始试样的硬度，每个试样至少测三次，取平均值，将测量结果记入数据表内。根据表中数据，以变形度为横坐标，硬度为纵坐标，绘出硬度与变形度的关系曲线。 （3）观察已制备好的不同变形量下的工业纯铁金相标准试样的显微组织 2、测定变形量、退火温度对工业纯铁纯铝片再结晶后晶粒大小的影响 （1）将工业纯铝片进行退火处理（550℃ （2）将退火态的铝片刻上标距，然后在拉伸实验机上分别拉伸实验。变形度分别为0 、3、8、10、15%。拉伸变形结束时，在铝片上试样上打上编号，注明变形度。 （3）变形后的试样分别在550℃ （4）退火后的试样用腐蚀液（40mlHNO3+30mlHCl+30mlH2O+5g纯Cu）进行擦拭腐蚀。当表面出现清晰的晶粒时停止腐刻用水冲洗。如果铝片上还有黑色沉淀物时用3%HNO3溶液清除，最后水洗并用热风吹干。 （5）测定晶粒度。晶粒度的测定可用标准晶粒图比较法和直接测定晶粒的平均面积以及平均直径法。本试验采用测定晶粒平均直径法。 图1晶粒画线示意图 先在腐刻好的铝片上用铅笔划上4—条平行线（如图1），每条线以能截取10~20个晶粒为限（细晶粒的铝片，线可画的短些，反之可长些）。大晶粒可目测，细晶粒需在低倍显微镜下测出。输出各直线所截完整晶粒数及不完整晶粒数的一半（两个不完整晶粒为一个完整晶粒），代入下式求出晶粒的平均直径Dm。 式中：L——直线长度 P——直线数目 Z——截取晶粒的总数 V——放大倍数（目测时V=1） 实例：见图1， P=4，L=45，Z=6+7+4+4=21，V=1，则 （6）将测定的晶粒平均直径填入表，根据表中数据，以变形量为横坐标，晶粒平均直径为纵坐标，绘出工业纯铝片晶粒大小与变形量的关系曲线。 五、实验报告 1、简述实验过程。 2、根据表1，绘出工业纯铁的硬度与变形量的关系曲线，并对曲线加以说明。 表1工业纯铁变形量与硬度关系 变形量/% 硬度/HRB 0 30 50 70 1 2 3 平均值 3、根据表2，绘出工业纯铝晶粒大小（平均直径的Dm）与变形量间的关系曲线，并说明变形度对再结晶后金属的组织的影响。 表2工业纯铝变形量与晶粒大小关系 变形量/% 0 3 8 10 15 平均晶粒直径 Dm/μm